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大跨越输电塔是输电线路跨越江河或深谷的支柱。输电线路系统作为电力设施重要的生命线工程,若遭到破坏,不仅会导致供电系统的瘫痪,还会给人们的生产建设、生活秩序带来严重地影响,同时会引发很多次生灾害,给社会和人民生命财产造成严重的后果。因此,输电塔的风振控制研究成为电力工程与土木工程界一个重要的研究课题,它具有重要的理论意义和经济价值。
本文以被誉为“中国输电第一跨”的国家九五重点工程-三峡电站至芜湖500千伏超高压大跨越输电线路钢管塔为工程背景,结合现有的数值计算技术,采用大型通用有限元分析软件ANSYS对其动力特性、风振响应以及基于被动调谐质量阻尼器TMg的风振控制进行了探讨,并结合本工程设计了滑动式TMD装置的构造形式和构造参数,供工程实践参考。主要工作包括:
采用谐波合成法,模拟了输电塔顺风向脉动风荷载,考虑了风的竖向空间相关性。采用大型通用有限元分析软件ANSYS建立了输电塔的三维有限元模型,对比了动力特性分析结果与实测的和电力部门提出的塔架自振周期估算公式,验证了有限元模型的正确性和规范估算公式的适用性问题。然后采用时程分析法,计算了输电塔在模拟的风荷载作用下的风振响应及其频谱特性。最后,在输电塔横担位置设置TMD减振控制装置,对其在脉动风荷载作用下的响应进行了计算,优化了TMD设计参数,通过最优参数下的TMD减振控制响应结果与无控结构的响应结果对比,显示了TMD对控制输电塔一阶振型的响应有良好的效果。提出应用在输电塔减振控制的滑动式TMD装置,并对其构造形式和构造参数进行了初步设计。